JP5416184B2 - マイクロミラー素子 - Google Patents

Description

本発明は、通信用の光スイッチング素子、計測機器、ディスプレイ、スキャナ、波長選択スイッチ等に使用されるマイクロミラー素子に関するものである。

インターネット通信網などにおける基盤となる光ネットワークの分野では、多チャンネル化、波長分割多重（ＷＤＭ）化および低コスト化を実現する技術として、光ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術が脚光を浴びており、光ＭＥＭＳ技術を用いた光スイッチが開発されている（特許文献１参照）。このＭＥＭＳ型の光スイッチの構成部品として最も特徴的なものが、複数のマイクロミラー素子を配列したマイクロミラーアレイである。

光スイッチは、光を電気信号に変換することなく、経路切り替えを可能にするものであり、また、光スイッチを用いれば、多重化された光であっても、これを波長毎に分波することなく経路の切り替えが可能である。このような光スイッチは、例えば、使用している経路に障害が発生した際に別の経路に信号を振り分け、通信できる状態を維持するために用いられている。

また、近年、多重化された光を波長毎に分波した後で分波した各々の波長の光の経路を個別に選択する波長選択スイッチが研究開発されているが、ここにもマイクロミラー素子が使用されている。また、複数のミラー素子をより近づけて配置することを可能にするミラー素子を用いたミラーアレイが提案されている（特許文献２参照）。

ここで、上述したミラーアレイについて、図７の斜視図を用いて説明する。このミラーアレイは、図７には示していないが、電極基板と、電極基板に対向して配置されたミラー基板とを備え、複数のミラー素子が配置されるミラーアレイ領域を囲って設けられた支持構造体により、電極基板の上に所定距離離間してミラー基板が固定されている。電極基板とミラー基板とは、互いに平行な関係で配置されている。

電極基板の上には、１つのミラー素子毎に、図７に示すように、可動梁駆動電極７０１ａ，可動梁駆動電極７０１ｂ，ミラー駆動電極７０３ａ，およびミラー駆動電極７０３ｂが設けられている。これら、可動梁駆動電極７０１ａ，可動梁駆動電極７０１ｂ，ミラー駆動電極７０３ａ，およびミラー駆動電極７０３ｂにより１つ（１組）の電極部が構成されている。

またミラー基板は、上記ミラーアレイ領域が開口する枠部（不図示）を備え、枠部が支持構造体の上に接続している。また、ミラー基板の枠部の内側には、一端が枠部に固定された可動梁７１３ａおよび可動梁７１３ｂを備えている。可動梁７１３ａおよび可動梁７１３ｂは、各々の一端が枠部の内側の対向する２つの辺の各々に固定され、上記２つの辺の対向する方向の同じ線上に、所定の距離離間して整列している。このように、可動梁７１３ａおよび可動梁７１３ｂは、一端が固定され、他端の側で対向して所定の距離離間して１列に配置されている。図７の例では、ｙ軸方向に平行な線上に、可動梁７１３ａおよび可動梁７１３ｂが整列されている。また、可動梁７１３ａおよび可動梁７１３ｂは、各々の他端が、ミラー基板の法線方向に変位可能とされ、片持ち梁構造とされている。

また、可動梁７１３ａおよび可動梁７１３ｂの間には、屈曲可能な一対の連結部７１２ａ，７１２ｂにより連結されてミラー７１１が配置されている。ミラー７１１は、可動梁７１３ａおよび可動梁７１３ｂと１列に配列されて可動梁７１３ａおよび可動梁７１３ｂの間に回動可能に配置されている。また、連結部７１２ａ，７１２ｂは、可動梁７１３ａおよび可動梁７１３ｂの各々の他端とミラー７１１とを連結している。可動梁７１３ａおよび可動梁７１３ｂが接続する２つの辺の対向する方向の同じ線上に、可動梁７１３ａ，ミラー７１１，および可動梁７１３ｂが、この順に整列している。これら可動梁７１３ａ，ミラー７１１，可動梁７１３ｂ，および一対の連結部７１２ａ，７１２ｂで、１つ（１組）の反射部を構成している。

本例では、ｙ軸方向に平行な線上に、可動梁７１３ａ，ミラー７１１，および可動梁７１３ｂが整列されている。また、ミラー７１１は、一対の連結部７１２ａ，７１２ｂを通る第１回動軸を中心に回動可能とされている。また、ｙ軸に平行な第１回動軸を中心に回動可能とされている。また、可動梁７１３ａ，ミラー７１１，および可動梁７１３ｂが整列（配列）されている方向に垂直な方向に添って、複数のミラー素子が配置されてミラーアレイを構成している。なお、ミラー７１１の表面には、金やアルミニウムなどから構成された反射膜が形成され、例えば赤外領域の光を反射可能としている。

上述した可動梁駆動電極７０１ａ，可動梁駆動電極７０１ｂ，および１組のミラー駆動電極７０３ａ，７０３ｂと、これらに対となる可動梁７１３ａ，ミラー７１１，可動梁７１３ｂ，および一対の連結部７１２ａ，７１２ｂで、１つのミラー素子が構成されている。１つのミラー素子においては、電極基板（ミラー基板）の法線方向（ｚ軸方向）に対向し、可動梁駆動電極７０１ａと可動梁７１３ａとが配置され、可動梁駆動電極７０１ｂと可動梁７１３ｂとが配置され、１組のミラー駆動電極７０３ａ，７０３ｂとミラー７１１とが配置されている。

可動梁駆動電極７０１ａ，可動梁駆動電極７０１ｂには、可動梁７１３ａ，可動梁７１３ｂを駆動するための駆動電圧（駆動信号）が、配線（不図示）を介して供給される。また、ミラー駆動電極７０３ａおよびミラー駆動電極７０３ｂには、ミラー７１１を駆動するための駆動電圧が、配線（不図示）を介して供給される。なお、可動梁７１３ａ，ミラー７１１，可動梁７１３ｂ，および一対の連結部７１２ａ，７１２ｂは、接地するなどにより等電位とされる。

次に、上記ミラーアレイを構成している１つのミラー素子の動作について説明する。まず、可動梁駆動電極７０１ｂに所定の駆動電圧を印加することで、発生した静電引力により可動梁７１３ｂに対して電極基板の側に引き寄せる力を加えれば、可動梁７１３ｂが、枠部に支持されている一端を支点としてたわみ（変形し）、可動梁７１３ｂの他端が電極基板の側に引き寄せられるように変位する。この結果、ミラー７１１は、連結部７１２ａを支点として連結部７１２ｂの側が電極基板の側に引き寄せられ、ミラー７１１は、電極基板に平行な状態ではなくなり、ｙ軸方向に傾いた状態となる。

この傾いた状態は、ミラー素子の配列方向（ｘ軸方向）に平行なミラー７１１の中央部を通る第２回動軸を中心に、ミラー７１１が回動していることになる。この回動動作は、可動梁駆動電極７０１ａに所定の駆動電圧を印加することで、前述同様に可動梁７１３ａの他端を電極基板の側に引き寄せることでも行え、この場合は、第２回動軸を中心に、上述した場合とは反対方向にミラー７１１を回動させることになる。

また、ミラー駆動電極７０３ａおよびミラー駆動電極７０３ｂに印加する電圧を制御することで、一対の連結部７１２ａ，７１２ｂを通る第１回動軸を中心に、ミラー７１１を回動させることができる。例えば、ミラー駆動電極７０３ａに対してミラー駆動電極７０３ｂの方により高い電圧を印加し、ミラー７１１が、第１回動軸を中心に、ミラー駆動電極７０３ｂの側に傾斜するように制御することができる。このミラー素子では、連結部７１２ａ，７１２ｂを積極的に動かすことで、１対の連結部で２軸の回動を実現している。

特開２００３−０５７５７５号公報 ＷＯ２００８／１２９９８８

しかしながら、上述した可動梁を用いるミラーの駆動では、２軸の回動を実現するためには、４つの駆動電極（固定電極）に各々異なる電圧（駆動電圧）を制御して印加する必要がある。言い換えると、４つの駆動電圧で制御する必要がある。このため、マイクロミラーアレイのアレイ数が増大するに従い、これら駆動電極への配線数が増大して複雑な構造となり、また、ワイヤーボンディングなどによる実装コストの増大や信頼性の低下が懸念される。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、２軸動作が可能なマイクロミラー素子より構成されるミラーアレイが、配線数の増加を抑制した状態で形成できるようにすることを目的とする。

本発明に係るマイクロミラー素子は、基板の上に離間して配置されたミラーと、ミラーの一端に第１連結部を介して連結する第１可動梁および第２連結部を介して連結する第２可動梁と、第１可動梁および第２可動梁を基板の上に支持する第１支持部と、ミラーの他端に第３連結部を介して連結する第３可動梁および第４連結部を介して連結する第４可動梁と、第３可動梁および第４可動梁を基板の上に支持する第２支持部と、基板の側に第１可動梁に対向して配置された第１駆動電極と、基板の側とは反対側で第３可動梁に対向して配置された第２駆動電極と、基板の側に第２可動梁に対向して配置された第３駆動電極と、基板の側とは反対側で第４可動梁に対向して配置された第４駆動電極とを少なくとも備え、第１可動梁および第３可動梁は、ミラーの中心を通る回動軸上でミラーを挟んで配置され、第３可動梁および第４可動梁は、回動軸を境に異なる側に配置され、第１駆動電極と第２駆動電極とは等電位とされ、第３駆動電極と第４駆動電極とは等電位とされている。

上記マイクロミラー素子において、第１駆動電極は、第１可動梁の平面に対向する平面部および第１可動梁の可動領域を挟む２つの側部から構成され、第２駆動電極は、第３可動梁の平面に対向する平面部および第３可動梁の可動領域を挟む２つの側部から構成され、第３駆動電極は、第２可動梁の平面に対向する平面部および第２可動梁の可動領域を挟む２つの側部から構成され、第４駆動電極は、第４可動梁の平面に対向する平面部および第４可動梁の可動領域を挟む２つの側部から構成されているようにしてもよい。

上記マイクロミラー素子において、第１可動梁を挟んで第１駆動電極に対向配置された第１電界分離電極と、第３可動梁を挟んで第２駆動電極に対向配置された第２電界分離電極と、第２可動梁を挟んで第３駆動電極に対向配置された第３電界分離電極と、第４可動梁を挟んで第４駆動電極に対向配置された第４電界分離電極とを備えるようにしてもよい。

上記マイクロミラー素子において、第１電界分離電極は、第１可動梁の平面に対向する平面部および第１可動梁の可動領域を第１電界分離電極の側に延長した領域を挟む２つの側部から構成され、第２電界分離電極は、第３可動梁の平面に対向する平面部および第３可動梁の可動領域を第２電界分離電極の側に延長した領域を挟む２つの側部から構成され、第３電界分離電極は、第２可動梁の平面に対向する平面部および第２可動梁の可動領域を第２電界分離電極の側に延長した領域を挟む２つの側部から構成され、第４電界分離電極は、第４可動梁の平面に対向する平面部および第４可動梁の可動領域を第２電界分離電極の側に延長した領域を挟む２つの側部から構成されているようにしてもよい。

以上説明したことにより、本発明によれば、２軸動作が可能なマイクロミラー素子より構成されるミラーアレイが、配線数の増加を抑制した状態で形成できるようになるという優れた効果が得られる。

図１Ａは、本発明の実施の形態１におけるマイクロミラー素子の一部構成を示す斜視図である。 図１Ｂは、本発明の実施の形態１におけるマイクロミラー素子の一部構成を示す断面図である。 図２は、本発明の実施の形態１におけるマイクロミラー素子の一部構成を示す平面図である。 図３は、本発明の実施の形態２におけるマイクロミラー素子の一部構成を示す斜視図である。 図４は、本発明の実施の形態２におけるマイクロミラー素子の一部構成を示す断面図である。 図５Ａは、本発明の実施の形態２におけるマイクロミラー素子の製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。 図５Ｂは、本発明の実施の形態２におけるマイクロミラー素子の製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。 図５Ｃは、本発明の実施の形態２におけるマイクロミラー素子の製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。 図５Ｄは、本発明の実施の形態２におけるマイクロミラー素子の製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。 図５Ｅは、本発明の実施の形態２におけるマイクロミラー素子の製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。 図５Ｆは、本発明の実施の形態２におけるマイクロミラー素子の製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。 図５Ｇは、本発明の実施の形態２におけるマイクロミラー素子の製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。 図５Ｈは、本発明の実施の形態２におけるマイクロミラー素子の製造方法を説明するための各工程における状態を示す平面図である。 図５Ｉは、本発明の実施の形態２におけるマイクロミラー素子の製造方法を説明するための各工程における状態を示す平面図である。 図６Ａは、本発明の実施の形態における他のマイクロミラー素子の一部構成を示す平面図である。 図６Ｂは、本発明の実施の形態における他のマイクロミラー素子の一部構成を示す平面図である。 図７は、マイクロミラー素子の一部構成を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

[実施の形態１]
はじめに、本発明の実施の形態１について図１Ａおよび図１Ｂを用いて説明する。図１Ａは、本発明の実施の形態１におけるマイクロミラー素子の一部構成を示す斜視図である。また、図１Ｂは、本発明の実施の形態１におけるマイクロミラー素子の一部構成を示す断面図である。

このマイクロミラー素子は、まず、基板１０１の上に、ミラー１０２が離間して配置されている。ミラー１０２の一端には、第１連結部１０３を介して第１可動梁１３１が連結し、第２連結部１０４を介して第２可動梁１４１が連結している。第１可動梁１３１および第２可動梁１４１は、第１支持部１０５により、基板１０１の上に支持されている。

一方、ミラー１０２の他端には、第３連結部１０６を介して第３可動梁１６１が連結し、第４連結部１０７を介して第４可動梁１７１が連結している。第３可動梁１６１および第４可動梁１７１は、第２支持部１０８により基板１０１の上に支持されている。本実施の形態では、各可動梁は、一端が連結部に連結し、他端が支持部で支持され、一端側が基板１０１より離れる方向および基板１０１に近づく方向に変位可能な片持ち梁構造とされている。なお、各連結部は、平面の形状が略Ｈ字状となるように形成している。

また、第１可動梁１３１を駆動するための第１駆動電極１１１が、基板１０１の側に第１可動梁１３１に対向して配置され、第２可動梁１４１を駆動するための第３駆動電極１１３が、基板１０１の側に第２可動梁１４１に対向して配置されている。本実施の形態では、図１Ｂに例示するように、第１駆動電極１１１は、基板１０１の上に絶縁層１０１ａを介して形成されている。第３駆動電極１１３も同様である。

一方、第３可動梁１６１を駆動するための第２駆動電極１１２は、基板１０１の側とは反対側で第３可動梁１６１に対向して配置され、第４可動梁１７１を駆動するための第４駆動電極１１４も、基板１０１の側とは反対側で第４可動梁１７１に対向して配置されている。本実施の形態では、図１Ｂに例示するように、基板１０１と対向する対向基板１５１を備え、基板１０１と対向基板１５１との間に、ミラー１０２が配置される構成としている。この構成において、対向基板１５１のミラー１０２の側に、絶縁層１５１ａを介して第２駆動電極１１２を形成している。第４駆動電極１１４も同様である。

加えて、本実施の形態においては、第１可動梁１３１および第３可動梁１６１を、ミラー１０２の中心を通る回動軸上でミラー１０２を挟んで配置している。一方、第３可動梁１６１および第４可動梁１７１は、上記回動軸を境に異なる側に配置している。また、第１駆動電極１１１と第２駆動電極１１２とは等電位の状態とし、これらには同じ駆動電圧を印加し、第３駆動電極１１３と第４駆動電極１１４とは等電位の状態とし、これらには同じ駆動電圧を印加する構成としている。

ここで、例えば、第１駆動電極１１１は、絶縁層１０１ａの下の基板１０１の上に形成された配線１０１ｂに、絶縁層１０１ａを貫通するコンタクト配線１０１ｃを介して接続している。なお、絶縁層１０１ａの上に配線を形成してもよい。他の駆動電極についても同様である。また、基板１０１の図示しない領域には、上述した変位のための駆動信号を発生する駆動回路などが形成されている。駆動回路は、対向基板１５１に形成されていてもよい。

上述した実施の形態１におけるマイクロミラー素子は、例えば、ミラー１０２，各可動梁，および各連結部などを形成したミラー基板を介し（挾み）、第１駆動電極１１１，第３駆動電極１１３を形成した電極基板（基板１０１）と、第２駆動電極１１２，第４駆動電極１１４を形成した電極基板（対向基板１５１）とを貼り合わせることで形成すればよい。

ミラー基板は、例えば、ＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板から形成すればよい。ＳＯＩ基板は、シリコンからなる厚い基体部の上に埋め込み絶縁層を介して薄いシリコン層（ＳＯＩ層）を備えたものである。ＳＯＩ層を加工することで、ミラー１０２，各可動梁，および各連結部などの板状の構造体を形成すればよい。このとき、各可動梁に接続する周辺部も同時に形成する。これら構造体をＳＯＩ層に形成した後、基体部，埋め込み絶縁層などを除去すればよい。また、ミラー１０２に形成する反射膜は、所望とする金属を例えばスパッタ法や蒸着法などにより堆積することで形成すればよい。

一方、電極基板は、よく知られたＬＳＩ集積回路など半導体装置の製造方法を用いることで形成可能である。また、各電極は、めっき法などにより形成することができる。なお、個別に用意した支持構造体を用いるようにしてもよい。例えば、半田バンプやめっきなどにより形成した支持構造体を用いるようにしてもよい。また、表面マイクロマシーニングにより、ミラー部と電極部とを積層して一体的に形成する製造方法であってもよい。

以下、本実施の形態におけるマイクロミラー素子におけるミラー１０２の回動動作について、図２を用いて説明する。以下では、基板（不図示）の側とは反対の面のミラー１０２に反射面が形成されているものとする。また、ミラー１０２は、第１連結部１０３，第３連結部１０６，およびミラー１０２の中央を通る第１回動軸２０１を中心とした回動と、第１回動軸２０１に直交する第２回動軸２０２を中心とした回動との２軸動作をする。第１回動軸２０１は、図１において、ｙ軸方向に延在する軸であり、第２回動軸２０２は、ｘ軸方向に延在する軸である。

また、等電位とされている第１駆動電極１１１および第２駆動電極１１２には、駆動電圧Ｖ１を印加し、等電位とされている第３駆動電極１１３および第４駆動電極１１４には、駆動電圧Ｖ２を印加してミラー１０２の回動を制御する。

まず、互いに等しい駆動電圧Ｖ１および駆動電圧Ｖ２を印加することで、ミラー１０２を第２回動軸２０２で回動させることができる。この制御状態では、まず、第１可動梁１３１および第２可動梁１４１が、第１駆動電極１１１および第３駆動電極１１３の側、言い換えると、基板の側に引き寄せられる。このとき、Ｖ１＝Ｖ２としているので、第１可動梁１３１および第２可動梁１４１の、基板の側への変位量は等しい状態となる。

一方、第３可動梁１６１および第４可動梁１７１は、第２駆動電極１１２および第４駆動電極１１４の側、言い換えると基板より離れる側に引き寄せられる。この場合においても、Ｖ１＝Ｖ２としているので、第３可動梁１６１および第４可動梁１７１の、基板より離れる側への変位量は等しい状態となる。

以上のことより、互いに等しい駆動電圧Ｖ１および駆動電圧Ｖ２を印加すると、ミラー１０２のｙ軸方向の一端側は、等しく基板の側に変位し、ミラー１０２のｙ軸方向の他端側は、等しく基板より離れる側に変位する。この結果、ミラー１０２は、第２回動軸２０２（ｘ軸方向）で回動することになる。

次に、各々異なる駆動電圧Ｖ１および駆動電圧Ｖ２を印加することで、ミラー１０２を第１回動軸２０１で回動させることができる。例えば、Ｖ２＞Ｖ１（＝０）として制御する。この制御状態では、ミラー１０２のｙ軸方向の一端側では、まず、第２可動梁１４１が、第３駆動電極１１３の側、言い換えると、基板の側に引き寄せられる。しかしながら、第１可動梁１３１は、変位しない。

一方、ミラー１０２のｙ軸方向の他端側では、第４可動梁１７１は、第４駆動電極１１４の側、言い換えると基板より離れる側に引き寄せられる。しかしながら、第３可動梁１６１は変位しない。

以上のことより、ミラー１０２のｙ軸方向の一端側は、第２連結部１０４の側が基板の方に変位し、ミラー１０２のｙ軸方向の他端側は、第４連結部１０７の側が基板より離れる方に変位する。このため、ミラー１０２は、第１回動軸２０１（ｙ軸方向）で回動することになる。

以上に説明したように、本実施の形態によれば、駆動電圧Ｖ１が印加される第１駆動電極１１１および第２駆動電極１１２と、駆動電圧Ｖ２が印加される第３駆動電極１１３および第４駆動電極１１４とにより、第１回動軸２０１による回動と、第２駆動電極１１２による回動との、ミラー１０２の２軸動作を可能としている。

このように、本実施の形態によれば、２つの駆動電圧の制御で、ミラーの２軸の回動が実現できるので、複数のマイクロミラー素子を配列させてミラーアレイとしても、駆動電極への配線数の増大が抑制できるようになる。この結果、実装コストの増大を防ぎ、信頼性の低下が抑制できるようになる。

[実施の形態２]
次に、本発明の実施の形態２について、図３，図４を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態２におけるマイクロミラー素子の一部構成を示す斜視図である。また、図４は、本発明の実施の形態２におけるマイクロミラー素子の一部構成を示す断面図である。

このマイクロミラー素子は、まず、基板（不図示）の上に、ミラー３０２が離間して配置されている。ミラー３０２の一端には、第３連結部３０３を介して第１可動梁３３１が連結し、第２連結部３０４を介して第２可動梁３４１が連結している。第１可動梁３３１および第２可動梁３４１は、第１支持部（不図示）により、基板の上に支持されている。

一方、ミラー３０２の他端には、第３連結部３０６を介して第３可動梁３６１が連結し、第４連結部３０７を介して第４可動梁３７１が連結している。第３可動梁３６１および第４可動梁３７１は、第２支持部（不図示）により基板の上に支持されている。実施の形態２では、各可動梁は、一端が連結部に連結し、他端が支持部で支持され、一端側が基板より離れる方向および基板３０１に近づく方向に変位可能なとされている。

また、第１可動梁３３１を駆動するための第１駆動電極３１１が、基板の側に第１可動梁３３１に対向して配置され、第２可動梁３４１を駆動するための第３駆動電極３１３が、基板の側に第２可動梁３４１に対向して配置されている。

一方、第３可動梁３６１を駆動するための第２駆動電極３１２は、基板の側とは反対側で第３可動梁３６１に対向して配置され、第４可動梁３７１を駆動するための第４駆動電極３１４も、基板の側とは反対側で第４可動梁３７１に対向して配置されている。例えば基板と対向する対向基板（不図示）を備え、基板と対向基板との間に、ミラー３０２が配置される構成としている。この構成において、対向基板のミラー３０２の側に、第２駆動電極３１２を形成している。第４駆動電極３１４も同様である。

また、実施の形態２においても、第１可動梁３３１および第３可動梁３６１を、ミラー３０２の中心を通る回動軸上でミラー３０２を挟んで配置している。一方、第３可動梁３６１および第４可動梁３７１は、回動軸を境に異なる側に配置している。また、第１駆動電極３１１と第２駆動電極３１２とは等電位の状態とし、これらには同じ駆動電圧を印加し、第３駆動電極３１３と第４駆動電極３１４とは等電位の状態とし、これらには同じ駆動電圧を印加する構成としている。上述した構成は、前述した実施の形態１と同様である。

実施の形態２では、上述した構成に加え、まず、第１可動梁３３１を挟んで第１駆動電極３１１に対向配置された第１電界分離電極３１５と、第３可動梁３６１を挟んで第２駆動電極３１２に対向配置された第２電界分離電極３１６と、第２可動梁３４１を挟んで第３駆動電極３１３に対向配置された第３電界分離電極３１７と、第４可動梁３７１を挟んで第４駆動電極３１４に対向配置された第４電界分離電極３１８とを備えるようにした。

また、実施の形態２では、図４の断面図に示すように、第１駆動電極３１１は、第１可動梁３３１の平面に対向する平面部３１１ａおよび第１可動梁３３１の可動領域を挟む２つの側部３１１ｂから構成し、第３駆動電極３１３は、第２可動梁３４１の平面に対向する平面部３１３ａおよび第２可動梁３４１の可動領域を挟む２つの側部３１３ｂから構成した。

同様に、第１電界分離電極３１５は、第１可動梁３３１の平面に対向する平面部３１５ａおよび第１可動梁３３１の可動領域を第１電界分離電極３１５の側に延長した領域を挟む２つの側部３１５ｂから構成し、第３電界分離電極３１７は、第２可動梁３４１の平面に対向する平面部３１７ａおよび第２可動梁３４１の可動領域を第２電界分離電極の側に延長した領域を挟む２つの側部３１７ｂから構成した。

第２駆動電極３１２，第４駆動電極３１４，第２電界分離電極３１６，および第４電界分離電極３１８についても同様である。

例えば、前述した実施の形態１のマイクロミラー素子および実施の形態２のマイクロミラー素子のいずれにおいても、複数のマイクロミラー素子を、ｘ軸の方向に配列することで、マイクロミラーアレイとすることができる。ｘ軸の方向とは、第１駆動電極３１１および第３駆動電極３１３の配列方向である。

このように、複数のマイクロミラー素子を配列させたとき、各駆動電極に側部を設けることで、複数のマイクロミラー素子を配列させたときに、マイクロミラー素子毎に可動梁を駆動するための電界を分離することができる。側部を備えることで、平面部からこれに隣接する可動梁へ向かう電気力線はほとんど遮蔽され、クロストークの影響を抑制することができる。このようなクロストークの抑制は、側部の高さが、初期状態での可動梁の高さ方向の位置と同じ程度である場合が最も効果的である。

また、上述したように電界分離電極を設けることで、マイクロミラー素子毎に可動梁方向への駆動電極からの漏れ電界を遮蔽することができる。これにより、隣り合う素子間のクロストークの影響をさらに抑制することができる。各電界分離電極は接地してもよく、第３可動梁３６１，第２可動梁３４１およびミラー３０２と同電位としてもよい。

次に、実施の形態２におけるマイクロミラー素子の製造方法について、図５Ａ〜図５Ｉを用いて簡単に説明する。図５Ａ〜図５Ｇは、本発明の実施の形態２におけるマイクロミラー素子の製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。また、図５Ｈ，図５Ｉは、平面図である。

まず、図５Ａに示すように、例えば単結晶シリコンからなる基板３０１の上に絶縁層３０１ａを形成する。

次に、図５Ｂに示すように、絶縁層３０１ａの上に、第１駆動電極３１１となる平面部３１１ａおよび第３駆動電極３１３となる平面部３１３ａを形成し、また、スペーサとなる第１金属パターン５０１を形成する。これらは、例えば、めっき法により形成すればよい。例えば、蒸着法などによりシード層を形成した後、各部分が開放したマスクパターンを形成し、開放した領域に露出しているシード層にめっき膜を形成することで、平面部３１１ａ，平面部３１３ａ，および第１金属パターン５０１が形成できる。なお、図示していないが、第２電界分離電極３１６，第４電界分離電極３１８となる各平面部も同様に形成する。これらは、第２駆動電極３１２，第４駆動電極３１４に対向して配置される電界分離電極である。

次に、図５Ｃに示すように、平面部３１１ａの上に２つの側部３１１ｂを形成し、平面部３１３ａに２つの側部３１３ｂを形成し、第１駆動電極３１１および第３駆動電極３１３を形成する。また、第１金属パターン５０１の上に第２金属パターン５０２を形成し、スペーサを完成させる。これらも、前述同様に、めっき法により形成すればよい。なお、図示していないが、第２電界分離電極３１６，第４電界分離電極３１８となる各側部も同様に形成する。

次に、図５Ｄに示すように、第１駆動電極３１１および第３駆動電極３１３に接続する貫通配線５０３ａおよび貫通配線５０３ｂを、基板３０１を貫通して形成する。例えば、よく知られたシリコンの深掘加工技術であるＤＲＩＥエッチング技術により、基板３０１に貫通孔を形成する。次いで、形成した貫通孔に、めっき法などにより金属材料を充填することで、貫通配線５０３ａおよび貫通配線５０３ｂを形成すればよい。また、貫通配線５０３ａおよび貫通配線５０３ｂに、基板３０１の裏面で接続する電極パッド５０４ａおよび電極パッド５０４ｂを形成する。例えば、スパッタ法もしくは蒸着法などにより形成した金属膜を、公知のフォトリソグラフィーおよびエッチング技術によりパターニングすることで、電極パッド５０４ａおよび電極パッド５０４ｂを形成すればよい。以上のことにより、第１電極基板３００ａが形成される。

また、図５Ｅに示すように、対向基板３５１の上に、絶縁層３５１ａを介して第１電界分離電極３１５，第３電界分離電極３１７を形成し、また、第１金属パターン５０５および第２金属パターン５０６を形成し、第２電極基板３００ｂを形成する。第１電界分離電極３１５，第３電界分離電極３１７においては、第１金属パターン５０５の形成と同時に、平面部３１５ａおよび平面部３１７ａを形成し、第２金属パターン５０６の形成と同時に、側部３１５ｂ，側部３１７ｂを形成する。これらは、前述した第１電極基板３００ａの形成と同様にすればよい。

また、図５Ｆに示すように、ミラー基板５１０を形成する。ミラー基板５１０は、よく知られたＳＯＩ基板を用いて作製すればよい。ＳＯＩ基板は、シリコンからなる厚い基体部５１１の上に埋め込み絶縁層５１１ａを介して薄いシリコン層（ＳＯＩ層）５１２を備えたものである。ＳＯＩ層５１２を加工することで、図５Ｆに示すように、第１可動梁３３１，第２可動梁３４１を形成する。このとき同時に、図示しない第３連結部３０３，第２連結部３０４，ミラー３０２，第３連結部３０６，第４連結部３０７，第３可動梁３６１，および第４可動梁３７１を形成する。

このようにして各部分を形成した後、上記角部分に対応する領域の基体部５１１，絶縁層５１１ａを裏面よりエッチング除去し、開口部５１３を形成する。開口部５１１３を形成することで、ミラー３０２や、各可動梁が動作可能な状態となる。なお、図示していないが、ミラー３０２に形成する反射膜は、所望とする金属を例えばスパッタ法や蒸着法などにより堆積することで形成すればよい。

次に、図５Ｇに示すように、上述した第１電極基板３００ａ，ミラー基板５１０，および第２電極基板３００ｂを積層してスペーサの部分で接合し、例えば、第１可動梁３３１を挟んで第１駆動電極３１１と第１電界分離電極３１５とが対向して配置され、第２可動梁３４１を挟んで第３駆動電極３１３と第３電界分離電極３１７とが対向して配置された状態とする。スペーサの厚さ（高さ）により、各電極と可動梁との間隔が制御できる。

なお、図５Ｇは、図３の第１駆動電極３１１，第３駆動電極３１３などの領域を通るｘｚ面の断面に相当している。従って、図示していないが、他の領域では、例えば、第３可動梁３６１を挟んで第２駆動電極３１２と第２電界分離電極３１６とが対向して配置され、第４可動梁３７１を挟んで第４駆動電極３１４と第４電界分離電極３１８とが対向して配置された状態となる。

ここで、例えば、各電極は、これら電極が形成されている絶縁層の上に形成された配線により接続すればよい。例えば、第１電極基板３００ａにおいては、図５Ｈに示すように、絶縁層３０１ａの上に形成した第１駆動電極３１１および第３駆動電極３１３を、絶縁層３０１ａの上に形成した配線５０１ａおよび配線５０１ｂにより、電極スペーサ５０２ａおよび電極スペーサ５０２ｂに接続する。各配線は、図５Ｂを用いて説明した第１金属パターン５０１と同時に形成すればよい。また、電極スペーサ５０２ａおよび電極スペーサ５０２ｂは、第１金属パターン５０１および第２金属パターン５０２から構成されたスペーサ構造体の一部である。

また、第２電極基板３００ｂにおいては、図５Ｉに示すように、絶縁層３５１ａの上に形成した第２駆動電極３１２および第４駆動電極３１４を、絶縁層３５１ａの上に形成した配線５０５ａおよび配線５０５ｂにより、電極スペーサ５０６ａおよび電極スペーサ５０６ｂに接続する。この場合の各配線は、図５Ｅを用いて説明した第１金属パターン５０５と同時に形成すればよい。また、電極スペーサ５０６ａおよび電極スペーサ５０６ｂは、第１金属パターン５０５および第２金属パターン５０６から構成されたスペーサ構造体の一部である。なお、第２駆動電極３１２および第４駆動電極３１４は、図５Ｇの断面には示されていない領域に配置されている。

上述した第１電極基板３００ａと第２電極基板３００ｂとを、ミラー基板５１０を挟んで貼り合わせ、例えば、電極スペーサ５０２ａと電極スペーサ５０６ａとを接続し、電極スペーサ５０２ｂと電極スペーサ５０６ｂとを接続させる。これらの接続は、ミラー基板５１０のＳＯＩ層５１２を介して行われる。このように接続することで、第１駆動電極３１１と第２駆動電極３１２とが、等電位の状態となる。また、第３駆動電極３１３と第４駆動電極３１４とが、等電位の状態となる。

従って、電極パッド５０４ａに入力される駆動電圧Ｖ１は、第１駆動電極３１１および第２駆動電極３１２に印加されるようになる。また、電極パッド５０４ｂに入力される駆動電圧Ｖ２は、第３駆動電極３１３および第４駆動電極３１４に印加されるようになる。

以上に説明した実施の形態２においても、前述した実施の形態１と同様であり、等電位とされている第１駆動電極３１１および第２駆動電極３１２には、駆動電圧Ｖ１を印加し、等電位とされている第３駆動電極３１３および第４駆動電極３１４には、駆動電圧Ｖ２を印加してミラー３０２の回動を制御する。ミラー３０２は、ミラー３０２の中央を通る第１回動軸および第１回動軸に直交する第２回動軸の２軸で回動（駆動）させることができる。

まず、互いに等しい駆動電圧Ｖ１および駆動電圧Ｖ２を印加することで、ミラー３０２を第２回動軸で回動させることができる。また、例えば、Ｖ２＞Ｖ１（＝０）として、各々異なる駆動電圧Ｖ１および駆動電圧Ｖ２を印加することで、ミラー３０２を第１回動軸で回動させることができる。

このように、実施の形態２においても、２つの駆動電圧の制御で、ミラーの２軸の回動が実現できるので、複数のマイクロミラー素子を配列させてミラーアレイとしても、駆動電極への配線数の増大が抑制できるようになる。この結果、実装コストの増大を防ぎ、信頼性の低下が抑制できるようになる。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、上述した実施の形態では、ミラーの平面形状を長方形としたが、これに限るものではない。例えば、図６Ａに示すように、平面形状を平行四辺形としたミラー６０２ａを用いるようにしてもよい。

この場合においても、ミラー６０２ａの一端には、第１連結部６０３を介して第１可動梁６３１が連結し、第２連結部６０４を介して第２可動梁６４１が連結している。一方、ミラー６０２ａの他端には、第３連結部６０６を介して第３可動梁６６１が連結し、第４連結部６０７を介して第４可動梁６７１が連結している。第１可動梁６３１，第１連結部６０３，第３連結部６０６，および第３可動梁６６１が、ミラー６０２の中心を通る回動軸上に配列されている。

また、図６Ｂに示すように、平面形状を６角形としたミラー６０２ｂを用いるようにしてもよい。ミラー６０２ｂは、連結部が連結している両端より離れて中心に向かうほど、幅が広くなるように形成されている。他の構成は、上述同様である。これらの構成とすることで、ミラーの端部からの戻り光を抑制することができる。このように、本発明によれば、ミラーに対する駆動電極を用いていないので、ミラーの形状も制限があまりない状態で形成できるようになる。

１０１…基板、１０２…ミラー、１０３…第１連結部、１０４…第２連結部、１０５…第１支持部、１０６…第３連結部、１０７…第４連結部、１０８…第２支持部、１１１…第１駆動電極、１１２…第２駆動電極、１１３…第３駆動電極、１１４…第４駆動電極、１３１…第１可動梁、１４１…第２可動梁、１５１…対向基板、１６１…第３可動梁、１７１…第４可動梁。

Claims (4)

1. 基板の上に離間して配置されたミラーと、
   前記ミラーの一端に第１連結部を介して連結する第１可動梁および第２連結部を介して連結する第２可動梁と、
   前記第１可動梁および前記第２可動梁を前記基板の上に支持する第１支持部と、
   前記ミラーの他端に第３連結部を介して連結する第３可動梁および第４連結部を介して連結する第４可動梁と、
   前記第３可動梁および前記第４可動梁を前記基板の上に支持する第２支持部と、
   前記基板の側に前記第１可動梁に対向して配置された第１駆動電極と、
   前記基板の側とは反対側で前記第３可動梁に対向して配置された第２駆動電極と、
   前記基板の側に前記第２可動梁に対向して配置された第３駆動電極と、
   前記基板の側とは反対側で前記第４可動梁に対向して配置された第４駆動電極と
   を少なくとも備え、
   前記第１可動梁および前記第３可動梁は、前記ミラーの中心を通る回動軸上で前記ミラーを挟んで配置され、
   前記第３可動梁および前記第４可動梁は、前記回動軸を境に異なる側に配置され、
   前記第１駆動電極と前記第２駆動電極とは等電位とされ、
   前記第３駆動電極と前記第４駆動電極とは等電位とされている
   ことを特徴とするマイクロミラー素子。
2. 請求項１記載のマイクロミラー素子において、
   前記第１駆動電極は、前記第１可動梁の平面に対向する平面部および前記第１可動梁の可動領域を挟む２つの側部から構成され、
   前記第２駆動電極は、前記第３可動梁の平面に対向する平面部および前記第３可動梁の可動領域を挟む２つの側部から構成され、
   前記第３駆動電極は、前記第２可動梁の平面に対向する平面部および前記第２可動梁の可動領域を挟む２つの側部から構成され、
   前記第４駆動電極は、前記第４可動梁の平面に対向する平面部および前記第４可動梁の可動領域を挟む２つの側部から構成され
   ていることを特徴とするマイクロミラー素子。
3. 請求項１または２記載のマイクロミラー素子において、
   前記第１可動梁を挟んで前記第１駆動電極に対向配置された第１電界分離電極と、
   前記第３可動梁を挟んで前記第２駆動電極に対向配置された第２電界分離電極と、
   前記第２可動梁を挟んで前記第３駆動電極に対向配置された第３電界分離電極と、
   前記第４可動梁を挟んで前記第４駆動電極に対向配置された第４電界分離電極と
   を備えることを特徴とするマイクロミラー素子。
4. 請求項３記載のマイクロミラー素子において、
   前記第１電界分離電極は、前記第１可動梁の平面に対向する平面部および前記第１可動梁の可動領域を前記第１電界分離電極の側に延長した領域を挟む２つの側部から構成され、
   前記第２電界分離電極は、前記第３可動梁の平面に対向する平面部および前記第３可動梁の可動領域を前記第２電界分離電極の側に延長した領域を挟む２つの側部から構成され、
   前記第３電界分離電極は、前記第２可動梁の平面に対向する平面部および前記第２可動梁の可動領域を前記第２電界分離電極の側に延長した領域を挟む２つの側部から構成され、
   前記第４電界分離電極は、前記第４可動梁の平面に対向する平面部および前記第４可動梁の可動領域を前記第２電界分離電極の側に延長した領域を挟む２つの側部から構成されていることを特徴とするマイクロミラー素子。

Images